Исследователям удалось математически обосновать причину, по которой определенное количество протонов и нейтронов в атомном ядре обеспечивает его исключительную стабильность. Речь идет о таких значениях, как 50 и 82. Загадка так называемых «магических чисел», долгие годы волновавшая физиков, наконец-то получила исчерпывающее научное толкование.
Около 80 лет назад физик Мария Гёпперт-Майер заметила эту закономерность, и, как сообщает издание New Scientist, с тех пор наука находила все новые подтверждения этому феномену. Стабильность элементов во Вселенной напрямую зависит от этих чисел. Ранее ученые использовали оболочечную модель, предполагая, что каждая частица занимает свой строго определенный энергетический уровень, но этого объяснения оказалось недостаточно.
Современные квантовые теории демонстрируют, что частицы внутри ядра находятся в сильном взаимодействии друг с другом, чего классическая модель не учитывала. Группа специалистов под руководством Цзяньмина Яо из китайского Университета Сунь Ятсена впервые применила сложные расчеты «с первого принципа». Это позволило детально описать, как именно объединяются элементы ядра и какие энергетические связи возникают между ними.
Новый подход позволил связать представления о ядре с разной степенью детализации, словно рассматривая его под математическим микроскопом разной мощности. В процессе расчетов выяснилось, что при снижении точности описания меняется симметрия квантовых состояний. Именно при достижении «магических» чисел структура ядра становится максимально устойчивой.
Жан-Поль Эбран из Французской комиссии по альтернативным энергиям и атомной энергии отметил важность этой работы. Он заявил: «Природа выглядит по-разному в зависимости от того, с какой детализацией мы её изучаем». Данное исследование дает теоретический инструмент, позволяющий по-новому взглянуть на многие эксперименты в области ядерной физики.
Теория уже была успешно протестирована на особом изотопе олова, который называют «дважды магическим» из-за содержания 50 протонов и 82 нейтронов. В дальнейшем команда планирует применить свою методику к более тяжелым и нестабильным ядрам. Это поможет лучше понять процессы их формирования при взрывах звезд или слиянии нейтронных звезд.